JP2016018494A - 走行路認識装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エッジ点が所謂ノイズとして残っても、このノイズを除去できるようにし、通路端線の精度の向上を図る。【解決手段】 撮像手段１が撮像した原画像に基づいて走行路の左右の境界とする通路端線を算出して走行路を認識するもので、輝度変化が所定以上になるエッジ点を抽出するエッジ点抽出手段１０と、エッジ点画像生成手段１１により生成されたエッジ点画像において行列状に分割された複数の分割エリア毎のエッジ点をカウントするエッジ点カウント手段１２と、このカウント値が所定値以下である分割エリアのエッジ点を消去するエッジ点消去手段１３と、走行路後方から前方に向けて画素を走査し最初に存在する輝度変化が所定以上のエッジ点を境界点として特定する境界点特定手段１４と、この境界点に基づいて通路端線を算出する通路端線算出手段１９とを備えた。【選択図】 図２

Description

本発明は、製造工場や組立て工場等で使用される無人搬送車（ＡＧＶ）等の走行体に搭載されこの走行体が走行する走行路をその走行中に実時間で認識する走行路認識装置に係り、特に、撮像手段により走行体の進行方向前方を撮像して走行路の左右の境界を通路端線として認識する走行路認識装置に関する。

従来、この種の走行路認識装置としては、本願発明者らが先に提案した技術が知られている（２０１３年３月６日〜８日に開催の第７５回「情報処理学会」全国大会の発表予稿集「タブレットＰＣを用いた画像処理によるＡＧＶの自動走行制御」に掲載）。
図１４に示すように、この走行路認識装置は、左右にある壁や柱等の物体Ｂと境界を形成する走行路Ｒを走行する走行体（図示せず）に搭載され、走行体の走行路Ｒを含む進行方向前方を撮像する撮像手段（図示せず）を備え、図１４に示すように、この撮像手段が撮像した原画像を水平軸及び垂直軸を有した二次元座標平面に走行路の幅方向が水平軸に沿うように対応付けるとともに、この原画像において輝度の変化が所定以上（パラメータ値以上）の画素からなるエッジ点を抽出し、図１５に示すように、この抽出したエッジ点Ｅ（図では黒点で表す）を示すエッジ点画像において、垂直軸方向に沿って走行路Ｒの後方から前方に向けて画素を走査し、図１６に示すように、最初に存在する輝度変化が所定以上のエッジ点Ｅを境界点Ｋとして特定し、図１７（ａ）に示すように、特定された境界点を示す境界点画像を垂直軸に沿う分割線Ｐを境にして左右に２分割するとともに各分割画像毎に上記特定した境界点Ｋに基づいて左右の通路端線Ｔを算出し、図１７（ｂ）に示すように、実際の走行路Ｒに即した通路端線Ｔを得て、走行路Ｒを認識している。また、分割線Ｐに対する左右の通路端線Ｔの交点のずれから走行方向を認識することも行っている。
尚、画像を表す図において、原画像は実写真で表示し、他のエッジ点画像や境界点画像は、見易くするために所謂ネガポジ反転させ、エッジ点を黒で、それ以外を白で表示した（以下同じ）。
また、これと類似の技術としては、例えば、特開昭６３−１４２４７８号公報，特開平７−７８２３４号公報等に掲載されたものが挙げられる。これらの技術も、画素の輝度の濃淡値からエッジを検出し、走行路を仕切る白線等を通路端線として抽出するようにしている。

特開昭６３−１４２４７８号公報 特開平７−７８２３４号公報

２０１３年３月６日〜８日に開催の第７５回「情報処理学会」全国大会の発表予稿集「タブレットＰＣを用いた画像処理によるＡＧＶの自動走行制御」

しかしながら、上記先の提案に係る走行路認識装置にあっては、境界点Ｋを抽出する処理において、走行路Ｒ上にはエッジ点Ｅがないと想定していたが、図１８Ａ（ａ）に示すように、例えば、製造工場や組立て工場等では、走行路面上に汚れや磁気案内型のＡＧＶ用磁気テープ等があることがあり、この場合には、エッジ点検出の輝度のパラメータ値によっては、以下の２つの問題点が生じる。
（１）パラメータ値の値を小さくし過ぎると、図１８Ａ（ｂ）に示すように、走行路Ｒ上にエッジ点Ｅが所謂ノイズとして残り、これにより、図１８Ｂ（ｃ）に示すように、境界点Ｋ群が走行路Ｒ上で抽出され、図１８Ｂ（ｄ）に示すように、誤った通路端線Ｔが認識される。
（２）一方、パラメータ値を大きくし過ぎると、図１９Ａ（ａ）に示すように、走行路Ｒの境界（通路端）がエッジ点Ｅとして検出できない。これにより、図１９Ｂ（ｂ）に示すように、境界点Ｋ群が壁等の物体Ｂ内に存在することになって、図１９Ｂ（ｃ）に示すように、誤った通路端線Ｔが認識される。
即ち、一般には、パラメータ値によりこれを調整するが、画像全体で同じ明るさではないため１つのパラメータ値で調整するのは困難であり、複数のパラメータ値を設けてもどの領域にどのようなパラメータ値を設定すべきかの最適値は場面，場面で変化するため、やはり調整するのは困難である。
また、上記（１）に関しては、走行路面にマスクを掛けて消え残り（一定領域の）のエッジ点を消去する（ノイズ除去）という方法が考えられる。しかし、走行路に対して走行体がどの方向を向いているかが分からない状態では、どの領域のエッジ点を除去すれば良いのかが分からない。更に、上記の（２）に関しては、一度消したものを後から復活させるのは不可能である。

また、実際の走行路においては、照明などの影響で影が生じエッジ点検出で境目を正確に検出できない場所も存在する。そのため、境界点の多くは実際の走行路の境界に対応しているとすることができても、中には対応関係が合わない境界点も存在し、この場合にもエッジ点Ｅが所謂ノイズとして残り、それだけ、通路端線Ｔの認識の精度が悪くなるという問題もあった。
本発明は上記の点に鑑みて為されたもので、エッジ点が所謂ノイズとして残っても、このノイズを除去できるようにし、通路端線の精度の向上を図った走行路認識装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、第一の発明に係る走行路認識装置は、左右にある物体と境界を形成する走行路を走行する走行体に搭載され、該走行体の走行路を含む進行方向前方を撮像する撮像手段を備え、該撮像手段が撮像し画素が行列状に配列される原画像を水平軸及び垂直軸を有した二次元座標平面に該走行路の幅方向が水平軸に沿うように対応付けるとともに、該原画像に基づいて走行路の左右の境界とする通路端線を算出して走行路を認識する走行路認識装置であって、上記原画像を構成する画素からなり輝度変化が所定以上になるエッジ点を抽出するエッジ点抽出手段と、該エッジ点抽出手段が抽出したエッジ点を示すエッジ点画像を生成するエッジ点画像生成手段と、該エッジ点画像の垂直軸方向に沿って走行路の後方から前方に向けて画素を走査し最初に存在する輝度変化が所定以上のエッジ点を境界点として特定する境界点特定手段と、該境界点特定手段によって特定された境界点を示す境界点画像を生成する境界点画像生成手段と、該境界点画像を垂直軸に沿う分割線を境にして左右に２分割する画像分割手段と、該画像分割手段が分割した各分割画像毎に上記境界点特定手段が特定した境界点に基づいて通路端線を算出する通路端線算出手段とを備えた走行路認識装置において、上記エッジ点画像を所定の画素数からなる行列状の複数の分割エリアに分割し該各分割エリア毎のエッジ点をカウントするエッジ点カウント手段と、上記境界点特定手段を機能させる前に上記エッジ点カウント手段がカウントしたカウント値が所定値以下である分割エリアのエッジ点を消去するエッジ点消去手段とを備えた構成としている。

これにより、走行路を認識するときは、撮像手段が走行体の走行路を含む進行方向前方を撮像すると、この撮像手段が撮像した原画像は、その画素が行列状に配列され、水平軸及び垂直軸を有した二次元座標平面に走行路の幅方向が水平軸に沿うように展開される。この状態で、エッジ点抽出手段により、輝度変化が所定以上の画素からなるエッジ点が抽出され、エッジ点画像生成手段によりエッジ点抽出手段が抽出したエッジ点を示すエッジ点画像が生成される。次に、このエッジ点画像生成手段により生成されたエッジ点画像において、エッジ点カウント手段が、エッジ点画像を所定の画素数からなる行列状の複数の分割エリアに分割し、この各分割エリア毎のエッジ点をカウントする。それから、エッジ点消去手段が、エッジ点カウント手段がカウントしたカウント値が所定値以下の分割エリアのエッジ点を消去する。この場合、物体のあるところは比較的凹凸があることから、この物体に対応する分割エリアはエッジ点が多数あってその密度が高く、一方、走行路上は、平面的で汚れなどに起因するエッジ点は僅かであるから、この走行路に対応する分割エリアの密度は低い。そのため、走行路に対応する部位のエッジ点がほとんど消去され、ノイズが消去されることになる。

次に、境界点特定手段が、エッジ点画像上において、垂直軸方向に沿って走行路の後方から前方に向けて画素を走査し最初に存在する輝度変化が所定以上のエッジ点を境界点として特定する。この場合、エッジ点消去手段により走行路に対応する部位のエッジ点はほとんど消去されノイズがないことから、最初に存在するエッジ点の多くは実際の走行路の境界に対応しており、そのため、境界点の多くも実際の走行路の境界に対応したものが特定される。そして、境界点画像生成手段により境界点特定手段によって特定された境界点を示す境界点画像が生成される。その後、境界点画像生成手段によって生成された境界点画像において、画像分割手段により、境界点画像が垂直軸に沿う分割線を境にして左右に２分割され、通路端線算出手段によって、画像分割手段が分割した各分割画像毎に、境界点特定手段が特定した境界点に基づいて通路端線が算出される。この場合、境界点特定手段が特定した境界点の多くは実際の走行路の境界に対応しているので、算出される通路端線は、実際の走行路の境界に近似した直線となり、通路端線の精度を向上させることができる。

また、上記の目的を達成するため、第二の発明に係る走行路認識装置は、左右にある物体と境界を形成する走行路を走行する走行体に搭載され、該走行体の走行路を含む進行方向前方を撮像する撮像手段を備え、該撮像手段が撮像し画素が行列状に配列される原画像を水平軸及び垂直軸を有した二次元座標平面に該走行路の幅方向が水平軸に沿うように対応付けるとともに、該原画像に基づいて走行路の左右の境界とする通路端線を算出して走行路を認識する走行路認識装置であって、上記原画像を構成する画素からなり輝度変化が所定以上になるエッジ点を抽出するエッジ点抽出手段と、該エッジ点抽出手段が抽出したエッジ点を示すエッジ点画像を生成するエッジ点画像生成手段と、該エッジ点画像の垂直軸方向に沿って走行路の後方から前方に向けて画素を走査し最初に存在する輝度変化が所定以上のエッジ点を境界点として特定する境界点特定手段と、該境界点特定手段によって特定された境界点を示す境界点画像を生成する境界点画像生成手段と、該境界点画像を垂直軸に沿う分割線を境にして左右に２分割する画像分割手段と、該画像分割手段が分割した各分割画像毎に上記境界点特定手段が特定した境界点に基づいて通路端線を算出する通路端線算出手段とを備えた走行路認識装置において、上記境界点画像を垂直軸方向に沿う仕切線によって複数の部分空間に分割し該各部分空間毎に上記特定された境界点に基づいて部分端線を算出する部分端線算出手段と、該部分端線算出手段が算出した部分端線が通路端線に係る特性に適合しているか否かを判別する部分端線判別手段とを備え、上記通路端線算出手段は、上記部分端線判別手段が適合と判別した部分端線の境界点に基づいて通路端線を算出する構成としている。

これにより、走行路を認識するときは、撮像手段が走行体の走行路を含む進行方向前方を撮像すると、この撮像手段が撮像した原画像は、その画素が行列状に配列され、水平軸及び垂直軸を有した二次元座標平面に走行路の幅方向が水平軸に沿うように展開される。この状態で、エッジ点抽出手段により、輝度変化が所定以上の画素からなるエッジ点が抽出され、エッジ点画像生成手段によりエッジ点抽出手段が抽出したエッジ点を示すエッジ点画像が生成される。次に、このエッジ点画像生成手段によって生成されたエッジ点画像において、境界点特定手段が、垂直軸方向に沿って走行路の後方から前方に向けて画素を走査し最初に存在する輝度変化が所定以上のエッジ点を境界点として特定する。そして、境界点画像生成手段により境界点特定手段によって特定された境界点を示す境界点画像が生成される。その後、境界点画像生成手段によって生成された境界点画像において、画像分割手段により、境界点画像が垂直軸に沿う分割線を境にして左右に２分割され、通路端線算出手段によって、画像分割手段が分割した各分割画像毎に、境界点特定手段が特定した境界点に基づいて通路端線が算出される。

この際、通路端線算出手段の算出に先立って、部分端線算出手段が、境界点画像を垂直軸方向に沿う仕切線によって複数の部分空間に分割し、各部分空間毎に特定された境界点に基づいて部分端線を算出する。それから、部分端線判別手段が、部分端線算出手段が算出した部分端線が通路端線に係る特性に適合しているか否かを判別する。この場合、実際の走行路との対応関係が合う境界点により部分端線が算出されると、その部分端線は、通路端線に係る特性に合う確率が高くなるので、適合と判断される。一方、実際の走行路との対応関係が合わない境界点により部分端線が算出されると、その部分端線は、通路端線に係る特性に合わなくなる確率が高くなるので、不適合と判断される。そして、通路端線算出手段は、部分端線判別手段が適合と判別した部分端線の境界点に基づいて通路端線を算出する。そのため、実際の走行路との対応関係が合う境界点が採用され、実際の走行路との対応関係が合わない境界点は、ノイズとして除去されて、算出に寄与しないので、算出される通路端線は、実際の走行路の境界により一層近似した直線となり、通路端線の精度をより一層向上させることができる。
即ち、実際の走行路においては、照明などの影響で影が生じエッジ検出で境目を正確に検出できない場所も存在する。そのため、境界点特定手段が特定した境界点の多くは実際の走行路の境界に対応しているとすることができても、中には対応関係が合わない境界点も存在するが、本第二の発明は、これを解決することができる。

この場合、上記通路端線に係る特性は、対応する通路端線の傾きの方向であることが有効である。撮像手段が撮像する原画像は、遠近のある走行体の前方の画像であって二次元画像であるので、分割線の左側の通路端線の傾きは、分割線に対して右肩上がりの直線になり、分割線の右側の通路端線の傾きは、分割線に対して右肩下がりになる。従って、部分端線は、適正であれば、この傾きに対応するが、対応しないものは不適合と判別されるので、適合しているか否かの判別を確実にすることができる。

また、この場合、上記通路端線に係る特性として、各部分端線の傾きの平均値から求められる傾きの所定値範囲値，二次元座標平面上の各部分端線の高さの平均値から求められる高さの所定値範囲値の少なくとも何れかを加味することが有効である。これにより、各部分端線の傾きの平均値から求められる傾きの所定値範囲値から外れる特異な部分端線は不適合と判別され、あるいは、二次元座標平面上の各部分端線の高さの平均値から求められる高さの所定値範囲値から外れる特異な部分端線は不適合と判別されるので、適合しているか否かの判別をより一層確実にすることができ、通路端線の精度をより一層向上させることができる。

更に、必要に応じ、上記画像分割手段は、上記部分空間に仕切る各仕切線の内、左右の各部分端線の中点の値が通路端線の傾きに従って変化している度合いの高い仕切線を分割線として選択する構成としている。
上記の部分端線判別手段による判断において、走行路の中央が画像の中央と一致する際の判断は出来るが、走行中は必ずしも通路の中央が画像の中央にくるとは限らない。そこで、撮像した画像から通路の中央を検出しなければならないが、この構成により、確実に中央を分割線で特定できるようになる。また、分割線を境にした、左右の通路端線の状態を明確にすることができる。

そしてまた、必要に応じ、上記算出された走行路の左右の通路端線に基づいて上記走行体が走行すべき方向を指示する走行方向指示手段を備えた構成としている。通路端線の精度が向上したので、走行方向指示手段の指示精度も向上させることができる。
この場合、上記走行方向指示手段は、上記分割線及び上記左側の通路端線の左交点と、上記分割線及び上記右側の通路端線の右交点との垂直軸方向の座標差によって、直進，左折，右折の何れかの指示をすることができる。

本発明によれば、走行路に対応する部位にエッジ点が所謂ノイズとして残っても、このノイズを除去することができ、あるいは、実際の走行路の境界との対応関係が合わない境界点がノイズとして残っても、このノイズを除去することができることから、通路端線の精度を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る走行路認識装置を搭載した走行体の構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る走行路認識装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る走行路認識装置においてエッジ点抽出の手法に係る画素部分を示す図である。 本発明の実施の形態に係る走行路認識装置において撮像手段が撮像した原画像の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る走行路認識装置においてエッジ点抽出手段が抽出したエッジ点群からなりエッジ点画像生成手段が生成したエッジ点画像を示す図である。 本発明の実施の形態に係る走行路認識装置においてエッジ点カウント手段のエッジ点のカウントに係る行列状の複数の分割エリアの分割状態を示すエッジ点画像の図である。 本発明の実施の形態に係る走行路認識装置においてエッジ点消去手段がエッジ点を消去した状態を示すエッジ点画像の図である。 本発明の実施の形態に係る走行路認識装置において境界点特定手段が特定した境界点で示され境界点画像生成手段が生成した境界点画像を示す図である。 本発明の実施の形態に係る走行路認識装置に係り、（ａ）は部分端線算出手段が算出し部分端線判別手段の判別に係る部分端線の状態，画像分割手段による分割線での分割状態及び通路端線算出手段が算出した通路端線を示す境界点画像の図、（ｂ）は算出された分割線及び通路端線を原画像上に反映させた図である。 本発明の実施の形態に係る走行路認識装置において走行方向指示手段による指示基準を示す図である。 本発明の実施の形態に係る走行路認識装置において走行方向指示手段の方向指示のパターンを示す図である。 本発明の実施の形態に係る走行路認識装置において境界点抽出のためのノイズ除去を行う処理のフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る走行路認識装置において通路端線算出のためのノイズ除去を行う処理のフローチャートである。 従来の走行路認識装置の撮像手段が撮像した原画像の一例を示す図である。 従来の走行路認識装置において抽出したエッジ点群からなるエッジ点画像を示す図である。 従来の走行路認識装置において特定した境界点で示される境界点画像を示す図である。 従来の走行路認識装置に係り、（ａ）は算出した分割線及び通路端線を示す境界点画像の図、（ｂ）は算出された分割線及び通路端線を原画像上に反映させた図である。 従来の走行路認識装置の不具合を示す図であり、（ａ）は原画像を示す図、（ｂ）は抽出したエッジ点群からなるエッジ点画像を示す図である。 従来の走行路認識装置の不具合を示す図であり、（ｃ）は算出した分割線及び通路端線を示す境界点画像の図、（ｄ）は算出された分割線及び通路端線を原画像上に反映させた図である。 従来の走行路認識装置の別の不具合を示す図であり、（ａ）は抽出したエッジ点群からなるエッジ点画像を示す図である。 従来の走行路認識装置の不具合を示す図であり、（ｂ）は算出した分割線及び通路端線を示す境界点画像の図、（ｃ）は算出された分割線及び通路端線を原画像上に反映させた図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態に係る走行路認識装置について詳細に説明する。
図１及び図２には、本発明の実施の形態に係る走行路認識装置Ｓを示している。走行路認識装置Ｓは、図４に示すように、左右にある物体Ｂと境界を形成する走行路Ｒを走行する走行体Ｖに搭載される。走行路Ｒの左右にある物体Ｂとは、例えば、建物内の壁，柱，棚，置かれた品物などの立体的なもの、走行路Ｒと区別できる例えば白線のような平面的なものを含む。

図１に示すように、実施の形態では、走行体Ｖとしては、製造工場等で使用されている無人搬送車（ＡＧＶ）である。走行路認識装置Ｓは、この走行体Ｖに搭載され、実施の形態では、平板状の外形を備えタッチパネル式などの表示／入力部を持った携帯可能なパーソナルコンピュータとしてのタブレットＰＣで構成されている。走行路認識装置Ｓは、走行体Ｖの走行路Ｒを含む進行方向前方を撮像するカメラからなる撮像手段１を備えている。通常のタブレットＰＣのカメラで撮影する際は、ＹＵＶ形式のデータ型で画像データが取り込まれ、ＲＧＢ形式に変換されてカラー画像としてディスプレイ（図示せず）に表示されるが、実施の形態では、図４に示すように、リアルタイムシステムという事もあり、高速化を踏まえＹＵＶ形式のＹ信号である輝度値によるグレースケールの画像を利用した。
また、図１に示すように、走行体Ｖは、走行・停止・旋回指示等を行うＡＧＶ制御部２、ＡＧＶ制御部からの指示により走行体Ｖを走行させる駆動ユニット３を備えている。この走行体Ｖの走行においては、撮像手段１の撮像に基づいて走行路認識装置ＳからＡＧＶ制御部２を介してリアルタイム（実時間）で走行方向指示を送出し、駆動ユニット３により駆動する。

走行路認識装置Ｓは、図４乃至図１０に示すように、撮像手段１が撮像し画素が行列状に配列される原画像（実施の形態では画像サイズ６４０×４８０）及びこの原画像に基づいて生成される後述のエッジ点画像，境界点画像を水平軸及び垂直軸を有した二次元座標平面に該走行路Ｒの幅方向が水平軸に沿うように対応付けるとともに、この原画像に基づいて走行路Ｒの左右の境界とする通路端線Ｔ（図９）を算出して走行路Ｒを認識する。二次元座標平面において、水平軸方向をＸ軸、垂直軸方向をＹ軸とし、左上を原点としており、画素データには、画素の輝度値（０〜２５５）が格納されている。尚、画像を表す各図において、原画像（図４，図９（ｂ））は実写真で表示し、他のエッジ点画像（図５乃至図７）や境界点画像（図８及び図９（ａ））は、見易くするために所謂ネガポジ反転させ、エッジ点や境界点を黒で、それ以外を白で表示した。

詳しくは、走行路認識装置Ｓは、図２に示すように、画像を構成する画素からなり輝度変化が所定以上になるエッジ点Ｅを抽出するエッジ点抽出手段１０と、エッジ点抽出手段１０が抽出したエッジ点Ｅを示すエッジ点画像（図５）を生成するエッジ点画像生成手段１１とを備えている。エッジ点抽出手段１０は、一般的なＳｏｂｅｌフィルタを用い、輝度値が大きく変化する点を抽出する処理を行う。図３に示すように、点P11の輝度変化値は、以下の式で周辺8点（P00〜P22）の輝度値から求める。尚、実施の形態では、原画像の周囲の画素については変化値は算出していない。

｜P02−P00＋2×(P12−P10)＋P22−P20｜＋｜P20−P00＋2×(P21−P01)＋P22−
P02｜

エッジ点抽出手段１０は、図５に示すように、この値がパラメータ値で設定された値より大きければエッジ点Ｅとして抽出する。そして、各画素毎にエッジ点Ｅであるときは２５５、そうでない場合は０とする。パラメータ値は、例えば、工場構内では１２８、建物の廊下では９０程度にする等、周辺の明るさによって適宜に設定してよい。エッジ点Ｅの連続が物体Ｂ等の輪郭に対応したエッジとして構成される。

また、走行路認識装置Ｓは、図２，図６及び図７に示すように、エッジ点画像を所定の画素数からなる行列状の複数の分割エリアＦに分割し該各分割エリアＦ毎のエッジ点Ｅをカウントするエッジ点カウント手段１２と、後述の境界点特定手段１４を機能させる前にエッジ点カウント手段１２がカウントしたカウント値が所定値以下の分割エリアＦのエッジ点Ｅを消去するエッジ点消去手段１３とを備えている。実施の形態では、エッジ点消去手段１３は、分割エリアＦでのエッジ点Ｅの割合（密度）を算出し、パラメータで指定された所定割合（密度）以下の分割エリアＦのエッジ点Ｅを消去する。これは、一般に、工場や建物内においては、壁面などの物体Ｂのある部分はエッジ点Ｅが密集しており、走行路Ｒの面はエッジ点Ｅが疎であるという特徴を利用して、エッジ点Ｅが疎である領域のエッジ点Ｅを消去するものである。

詳しくは、エッジ点カウント手段１２は、図６に示すように、エッジ点画像を二次元（Ｘ軸、Ｙ軸方向とも）で同じ大きさの長方形に分割し、各長方形の部分を分割エリアＦとした。実施の形態では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向で夫々１０等分した。場所によって分割エリアＦの領域の大きさを変えることも考えられるが、どこの辺りをどの大きさの領域にすべきかの指標がないため、同じ大きさにした。各領域のサイズは、パラメータ値によって指定する。そして、エッジ点カウント手段１２は、各分割エリアＦで、夫々、エッジ点Ｅの数（輝度変化値が０でない画素の数）を数える。

エッジ点消去手段１３は、図７に示すように、そのエッジ数が分割エリアＦの領域内の画素数に対してパラメータで設定された割合以下であれば、その分割エリアＦ内のエッジ点Ｅを全て消去する（輝度変化値を０にする）。パラメータ値は、エッジ点Ｅが疎の分割エリアＦを検出したいので、２０％前後が適当である。分割エリアＦのサイズのパラメータ値に関しては、消去したいエッジ点Ｅの塊の最大サイズと割合のパラメータ値から決まる。例えば、割合が２０％であればサイズはエッジの塊の最大サイズの５倍（１／０．２）となる。実施の形態では、例えば、１５％に設定した。

また、走行路認識装置Ｓは、図２及び図８に示すように、エッジ点画像の垂直軸方向に沿って走行路Ｒの後方から前方に向けて画素を走査し最初に存在する輝度変化が所定以上のエッジ点Ｅを境界点Ｋとして特定する境界点特定手段１４と、境界点特定手段１４によって特定された境界点Ｋを示す境界点画像（図８）を生成する境界点画像生成手段１５とを備えている。図８に示すように、各Ｘ座標で画像の下から上に向けて最初にエッジ点Ｅ（値が０でない点）に到達する点を境界点Ｋとして抽出し、各Ｘ座標毎のＹ座標値（640個の数値）として保持する。

更に、走行路認識装置Ｓは、図２及び図９（ａ）に示すように、境界点画像を垂直軸方向に沿う仕切線Ｇによって複数（１〜ｎ）の部分空間Ｈに分割し各部分空間Ｈ毎に上記特定された境界点Ｋに基づいて部分端線Ｔａを算出する部分端線算出手段１６を備えている。
境界点Ｋ群は、各Ｘ座標ごとのＹ座標値（６４０個の数値）として保持されているので、図９（ａ）に示すように、仕切線Ｇによる分割はＸ軸方向に行う。境界点Ｋ群をパラメータで指定された数に仕切線Ｇで均等に分割する。この数は多い方が良いが、多くし過ぎると、この後の処理時間が多くなり、また、分割された１つの境界点Ｋ群内の境界点Ｋの数が少なくなるため下記の最小二乗法による直線の生成が不正確になる。実施の形態では、仕切線Ｇで１０個（ｎ＝１０）の部分空間Ｈに分割する。部分端線算出手段１６は、各部分空間Ｈにおいて、各境界点Ｋに基づいて最小二乗法を用いて部分端線Ｔａを作成する。最小二乗法とは、各境界点Ｋ群からのＹ軸の値との差の二乗が最小になる直線（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）を求める方法で、下記の式１及び式２からａ、ｂを求める。

更にまた、走行路認識装置Ｓは、図２及び図９（ａ）に示すように、境界点画像を垂直軸に沿う分割線Ｐを境にして左右に２分割する画像分割手段１７を備えている。通路端線Ｔは左右で特徴が異なるので、部分端線算出手段１６で求めた部分端線Ｔａ群を２つに分割する。画像分割手段１７は、図９（ａ）に示すように、上記部分空間Ｈに仕切る各仕切線Ｇの内、左右の各部分端線Ｔａの中点の値が通路端線Ｔの傾きに従って変化している度合いの高い仕切線Ｇを分割線Ｐとして選択する。最も中央として相応しい場所で分割するために、部分端線Ｔａ線の端点が最も上（座標値としては最小値）で、左側の通路端線Ｔは左下がり（ａの値が負）、右側は右下がり（ａの値が正）になっており、且つ、外側の部分端線Ｔａの端点ほど下（座標値としては大きく）になっているという状況が多い場所で分割する。

具体的には、各仕切線Ｇについて、そこを走行路Ｒの中央とした場合、左右の部分端線Ｔａのそれぞれの中点の縦座標値が中央に向かってだんだんに大きくなっている部分端線Ｔａの数をカウントする。ただし，カウントしない通路端線Ｔの場合は、次の通路端線Ｔの比較を行う際に通路端線Ｔの中央の縦座標値ではなく、前の通路端線Ｔの中央の縦座標値と比較する事で通路の中央に一番近い分割点を検出出来る。また，カウント数が同じものがある場合には、前回撮像して得られた境界点画像で検出した中央に近い仕切線Ｇを分割線Ｐとする。

また、走行路認識装置Ｓは、図２に示すように、部分端線算出手段１６が算出した部分端線Ｔａが通路端線Ｔ（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）に係る特性に適合しているか否かを判別する部分端線判別手段１８を備えている。部分端線判別手段１８は、走行路Ｒの境界に相当する境界点Ｋを復活させることは事実上不可能なので、境界点Ｋが実際の境界に対応していないと考えられる点（誤った境界点Ｋ）を不適格と判断する。即ち、境界点Ｋの１点１点が走行路Ｒの実際の境界に対応しているかどうかを判定するのは非常に困難なため、境界点Ｋ群を複数に分割し、分割された部分境界点Ｋ群ごとに部分端線Ｔａを生成し、その部分端線Ｔａで実際の境界に対応しているかどうか判定する。

この部分端線判別手段１８において、通路端線Ｔに係る特性は、対応する通路端線Ｔの傾きの方向を基本とし、各部分端線Ｔａの傾きの平均値から求められる傾きの所定値範囲値，二次元座標平面上の各部分端線Ｔａの高さの平均値から求められる高さの所定値範囲値を加味して定められている。
具体的には、
（ア）分割線Ｐの左側の通路端線Ｔは左下がり（ａの値が負）、右側は右下がり（ａの値が正）という特徴に合致するものは適合とし、これに反するものは不適合として削除する。
（イ）残った適合の部分端線Ｔａについて、分割した左右の傾き（ａの値）の平均値を求め、その平均値より傾きが一定範囲のものは適合とし、一定以上異なるものは不適合として削除する。
（ウ）残った適合の部分端線Ｔａについて、高さ（ｂの値）の平均値を求め、その平均値より高さが一定範囲のものは適合とし、一定以上異なるものは不適合として削除する。
この場合、（イ）（ウ）については、正しい部分端線Ｔａの方が誤った部分端線Ｔａよりも多いことを想定しており、処理としては、（ア）→（イ）→（ウ）の手順で行う。尚、全ての部分端線Ｔａが不適合となった場合は、境界点Ｋは一切消去しないで終了する。図９（ａ）の例では、部分端線Ｔａ（１，２，３，４，５，６，７，８）が適合するものとして選択され、他は不適合として削除される。

そしてまた、走行路認識装置Ｓは、図２及び図９（ａ）に示すように、画像分割手段１７が分割した各分割画像毎に、境界点特定手段１４が特定した境界点Ｋに基づいて通路端線Ｔを算出する通路端線算出手段１９を備えている。特に、通路端線算出手段１９は、部分端線判別手段１８が適合と判別した部分端線Ｔａの境界点Ｋに基づいて通路端線Ｔを算出する。即ち、上記（ア），（イ），（ウ）で適合とされた部分端線Ｔａについて、これらの境界点Ｋに基づいて通路端線Ｔを算出する。図９（ａ）に示すように、上記の部分端線Ｔａを求めたと同様に、分割線Ｐの左右夫々で、最小二乗法を用いて、適合する各境界点Ｋに基づいて通路端線Ｔを作成する。図９（ｂ）に示すように、通路端線Ｔは実際の通路端に近いことが分かる。

また、走行路認識装置Ｓは、図２に示すように、算出された走行路Ｒの左右の通路端線Ｔに基づいて走行体Ｖが走行すべき方向を指示する走行方向指示手段２０を備えている。走行方向指示手段２０は、図１０に示すように、分割線Ｐ及び左側の通路端線Ｔの左交点Ｑ１と、分割線Ｐ及び右側の通路端線Ｔの右交点Ｑ２との垂直軸方向の座標差によって、直進，左折，右折の何れかを指示する。具体的には、図１０に示すように、分割線Ｐ（中心線）と左右の通路端線Ｔの交点（Ｙ座標値）を求め、右の通路端線Ｔとの交点のＹ座標値から左の通路端線Ｔの交点のＹ座標値を引く。図１０（ａ）に示すように、その値が正でかつパラメータで指定された値より大きい場合は左折、図１０（ｂ）に示すように、その値が負でかつパラメータで指定された値より小さい場合は右折、それ以外の場合は直進とする。パラメータ値は、例えば１０とする。このパラメータ値は走行のスムーズさを見て調整する。

実施の形態では、図１１に示すように、通路端線Ｔの傾き，境界線画像の分割線Ｐ（中央の線）と左右それぞれの通路端線Ｔの交点の位置関係からパターンを出した。図１１の左の列は右の通路端線Ｔの傾きから走行体Ｖが走行路Ｒの左を向いているのがわかる為右折、また、右の列はその反対で左折、中央の列は交点の位置関係から走行体Ｖの通路に対する方向が読み取れる為、上から直進，左折，右折の走行方向の指示を出す。

従って、この走行路認識装置Ｓによれば、以下のように作用する。
撮像手段１が走行体Ｖの走行路Ｒを含む進行方向前方を撮像すると、この撮像手段１が撮像した原画像は、図４に示すように、その画素が行列状に配列され、水平軸及び垂直軸を有した二次元座標平面に走行路Ｒの幅方向が水平軸に沿うように展開される。この状態で、図５に示すように、エッジ点抽出手段１０により、輝度変化が所定以上の画素からなるエッジ点Ｅが抽出され、エッジ点画像生成手段１１がエッジ点抽出手段１０が抽出したエッジ点Ｅを示すエッジ点画像を生成する。

＜境界点Ｋ抽出のためのノイズ除去＞
次に、図１２に示すフローチャートも用い、エッジ点カウント手段１２が、図６及び図７に示すように、エッジ点画像を所定の画素数からなる行列状の複数の分割エリアＦに分割し（Ｓ１０１）、この各分割エリアＦ毎のエッジ点Ｅをカウントする（Ｓ１０２）。それから、エッジ点消去手段１３が、各分割エリアＦでのエッジ点Ｅの割合（密度）を算出し、この算出した割合が所定割合以下か否か判別し（Ｓ１０３）、図７に示すように、所定割合以下でないときはそのまま残し（Ｓ１０３Ｎｏ，Ｓ１０４）、所定割合以下の場合には分割エリアＦのエッジ点Ｅを消去する（Ｓ１０３Ｙｅｓ，Ｓ１０５）。この場合、物体Ｂのあるところは比較的凹凸があることから、この物体Ｂに対応する分割エリアＦはエッジ点Ｅが多数あってその密度が高く、一方、走行路Ｒ上は、平面的で汚れなどに起因するエッジ点Ｅは僅かであるから、この走行路Ｒに対応する分割エリアＦの密度は低い。そのため、図７に示すように、走行路Ｒに対応する部位のエッジ点Ｅがほとんど消去され、ノイズが消去されることになる。

＜境界点Ｋ抽出＞
次に、図８に示すように、境界点特定手段１４が、エッジ点画像上において、垂直軸方向に沿って走行路Ｒの後方から前方に向けて画素を走査し最初に存在する輝度変化が所定以上のエッジ点Ｅを境界点Ｋとして特定し、境界点画像生成手段１５が、境界点特定手段１４によって特定された境界点Ｋを示す境界点画像を生成する。この場合、エッジ点消去手段１３により走行路Ｒに対応する部位のエッジ点Ｅはほとんど消去されノイズがないことから、最初に存在するエッジ点Ｅの多くは実際の走行路Ｒの境界に対応しており、そのため、境界点Ｋの多くも実際の走行路Ｒの境界に対応したものが特定される。

＜通路端線Ｔ算出のためのノイズ除去＞
それから、図１３に示すフローチャートも用い、部分端線算出手段１６が、図９（ａ）に示すように、境界点画像を垂直軸方向に沿う仕切線Ｇによって複数の部分空間Ｈに分割し（Ｓ２０１）、各部分空間Ｈ毎に特定された境界点Ｋに基づいて部分端線Ｔａを算出する（Ｓ２０２）。それから、画像分割手段１７が画像を垂直軸に沿う分割線Ｐを境にして左右に２分割する（Ｓ２０３）。この場合、画像分割手段１７は、部分空間Ｈに仕切る各仕切線Ｇの内、左右の各部分端線Ｔａの中点の値が通路端線Ｔの傾きに従って変化している度合いの高い仕切線Ｇを分割線Ｐとして選択する。これにより、確実に中央を分割線Ｐで特定できるようになる。また、分割線Ｐを境にした、左右の通路端線Ｔの状態を明確にすることができる。

次に、部分端線判別手段１８が、部分端線算出手段１６が算出した部分端線Ｔａが通路端線Ｔに係る特性に適合しているか否かを判別する。先ず、分割線Ｐの左側の通路端線Ｔは左下がり（ａの値が負）、右側は右下がり（ａ値が正）という特徴に合致するか否かを判別する（Ｓ２０４）。合致するものは適合とし（Ｓ２０４Ｙｅｓ，Ｓ２０５）、これに反するものは不適合として削除する（Ｓ２０４Ｎｏ，Ｓ２０６）。

それから、残った適合の部分端線Ｔａについて左右の傾き（ａの値）の平均値（Ａ）を求める（Ｓ２０７）。そして、その平均値（Ａ）より傾きが一定範囲（Ｐ１≦ａ／Ａ≦Ｐ２）か否かを判別する（Ｓ２０８）。例えば、パラメータとして、Ｐ１＝０．５，Ｐ２＝２に設定する。一定範囲のものは適合とし（Ｓ２０８Ｙｅｓ，Ｓ２０９）、否のものは不適合として削除する（Ｓ２０８Ｎｏ，Ｓ２１０）。

次に、残った適合の部分端線Ｔａについて、高さ（ｂの値）の平均値（Ｂ）を求める（Ｓ２１１）。そして、その平均値（Ｂ）より高さが一定範囲（Ｑ１≦ｂ／Ｂ≦Ｑ２）か否かを判別する（Ｓ２１２）。一定範囲のものは適合とし（Ｓ２１２Ｙｅｓ，Ｓ２１３）、否のものは不適合として削除する（Ｓ２１２Ｎｏ，Ｓ２１４）。これにより、実際の走行路Ｒとの対応関係が合う境界点Ｋにより構成される部分端線Ｔａが選ばれることになるので、それだけ精度が向上させられる。

＜通路端線Ｔの算出＞
その後、通路端線算出手段１９が、図９（ａ）に示すように、画像分割手段１７が分割した各分割画像毎に、境界点特定手段１４が特定した境界点Ｋに基づいて通路端線Ｔを算出する。特に、通路端線算出手段１９は、部分端線判別手段１８が適合と判別した部分端線Ｔａの境界点Ｋに基づいて通路端線Ｔを算出する。即ち、実際の走行路Ｒとの対応関係が合う境界点Ｋにより構成される部分端線Ｔａの境界点Ｋに基づいて通路端線Ｔを算出するので、算出される通路端線Ｔは、実際の走行路Ｒの境界により一層近似した直線となり、通路端線Ｔの精度をより一層向上させることができる。

＜走行方向の指示＞
また、走行方向指示手段２０は、算出された走行路Ｒの左右の通路端線Ｔに基づいて走行体Ｖが走行すべき方向を指示する。走行方向指示手段２０は、分割線Ｐ及び左側の通路端線Ｔの左交点と、分割線Ｐ及び右側の通路端線Ｔの右交点との垂直軸方向の座標差によって、直進，左折，右折の何れかを指示する。図１１に示すように、具体的には通路端線Ｔの傾き，境界点画像の分割線Ｐ（中央の線）と左右それぞれの通路端線Ｔの交点の位置関係からパターンを出した。図の左の列は右の通路端線Ｔの傾きから走行体Ｖが走行路Ｒの左を向いているのがわかる為右折、また、右の列はその反対で左折、中央の列は交点の位置関係から走行体Ｖの通路に対する方向が読み取れる為、上から直進，左折，右折の走行方向の指示を出す。

尚、上記実施の形態において、走行路認識装置Ｓは、タッチパネル式などの表示／入力部を持った携帯可能なタブレットＰＣで構成したが。必ずしもこれに限定されるものではなく、種々のコンピュータで構成してよいことは勿論である。また、上記実施の形態では、＜境界点Ｋ抽出のためのノイズ除去＞と＜通路端線Ｔ算出のためのノイズ除去＞とを併用したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、何れか一方を実施するように構成してもよく、適宜変更して差支えない。しかし、併用した方が、通路端線Ｔの精度をより一層向上させることができるので好ましい。

Ｓ 走行路認識装置
Ｖ 走行体
Ｂ 物体
Ｒ 走行路
Ｔ 通路端線
Ｔａ 部分端線
Ｅ エッジ点
Ｆ 分割エリア
Ｋ 境界点
Ｇ 仕切線
Ｈ 部分空間
Ｐ 分割線
１ 撮像手段
１０ エッジ点抽出手段
１１ エッジ点画像生成手段
１２ エッジ点カウント手段
１３ エッジ点消去手段
１４ 境界点特定手段
１５ 境界点画像生成手段
１６ 部分端線算出手段
１７ 画像分割手段
１８ 部分端線判別手段
１９ 通路端線算出手段
２０ 走行方向指示手段

Claims (7)

1. 左右にある物体と境界を形成する走行路を走行する走行体に搭載され、該走行体の走行路を含む進行方向前方を撮像する撮像手段を備え、該撮像手段が撮像し画素が行列状に配列される原画像を水平軸及び垂直軸を有した二次元座標平面に該走行路の幅方向が水平軸に沿うように対応付けるとともに、該原画像に基づいて走行路の左右の境界とする通路端線を算出して走行路を認識する走行路認識装置であって、
   上記原画像を構成する画素からなり輝度変化が所定以上になるエッジ点を抽出するエッジ点抽出手段と、該エッジ点抽出手段が抽出したエッジ点を示すエッジ点画像を生成するエッジ点画像生成手段と、該エッジ点画像の垂直軸方向に沿って走行路の後方から前方に向けて画素を走査し最初に存在する輝度変化が所定以上のエッジ点を境界点として特定する境界点特定手段と、該境界点特定手段によって特定された境界点を示す境界点画像を生成する境界点画像生成手段と、該境界点画像を垂直軸に沿う分割線を境にして左右に２分割する画像分割手段と、該画像分割手段が分割した各分割画像毎に上記境界点特定手段が特定した境界点に基づいて通路端線を算出する通路端線算出手段とを備えた走行路認識装置において、
   上記エッジ点画像を所定の画素数からなる行列状の複数の分割エリアに分割し該各分割エリア毎のエッジ点をカウントするエッジ点カウント手段と、上記境界点特定手段を機能させる前に上記エッジ点カウント手段がカウントしたカウント値が所定値以下である分割エリアのエッジ点を消去するエッジ点消去手段とを備えたことを特徴とする走行路認識装置。
2. 左右にある物体と境界を形成する走行路を走行する走行体に搭載され、該走行体の走行路を含む進行方向前方を撮像する撮像手段を備え、該撮像手段が撮像し画素が行列状に配列される原画像を水平軸及び垂直軸を有した二次元座標平面に該走行路の幅方向が水平軸に沿うように対応付けるとともに、該原画像に基づいて走行路の左右の境界とする通路端線を算出して走行路を認識する走行路認識装置であって、
   上記原画像を構成する画素からなり輝度変化が所定以上になるエッジ点を抽出するエッジ点抽出手段と、該エッジ点抽出手段が抽出したエッジ点を示すエッジ点画像を生成するエッジ点画像生成手段と、該エッジ点画像の垂直軸方向に沿って走行路の後方から前方に向けて画素を走査し最初に存在する輝度変化が所定以上のエッジ点を境界点として特定する境界点特定手段と、該境界点特定手段によって特定された境界点を示す境界点画像を生成する境界点画像生成手段と、該境界点画像を垂直軸に沿う分割線を境にして左右に２分割する画像分割手段と、該画像分割手段が分割した各分割画像毎に上記境界点特定手段が特定した境界点に基づいて通路端線を算出する通路端線算出手段とを備えた走行路認識装置において、
   上記境界点画像を垂直軸方向に沿う仕切線によって複数の部分空間に分割し該各部分空間毎に上記特定された境界点に基づいて部分端線を算出する部分端線算出手段と、該部分端線算出手段が算出した部分端線が通路端線に係る特性に適合しているか否かを判別する部分端線判別手段とを備え、上記通路端線算出手段は、上記部分端線判別手段が適合と判別した部分端線の境界点に基づいて通路端線を算出することを特徴とする走行路認識装置。
3. 上記通路端線に係る特性は、対応する通路端線の傾きの方向であることを特徴とする請求項２記載の走行路認識装置。
4. 上記通路端線に係る特性として、各部分端線の傾きの平均値から求められる傾きの所定値範囲値，二次元座標平面上の各部分端線の高さの平均値から求められる高さの所定値範囲値の少なくとも何れかを加味することを特徴とする請求項２または３記載の走行路認識装置。
5. 上記画像分割手段は、上記部分空間に仕切る各仕切線の内、左右の各部分端線の中点の値が通路端線の傾きに従って変化している度合いの高い仕切線を分割線として選択することを特徴とする請求項２乃至４何れかに記載の走行路認識装置。
6. 上記算出された走行路の左右の通路端線に基づいて上記走行体が走行すべき方向を指示する走行方向指示手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至５何れかに記載の走行路認識装置。
7. 上記走行方向指示手段は、上記分割線及び上記左側の通路端線の左交点と、上記分割線及び上記右側の通路端線の右交点との垂直軸方向の座標差によって、直進，左折，右折の何れかの指示をすることを特徴とする請求項１乃至６何れかに記載の走行路認識装置。